基于增材制造的模拟仿真到底接不接地气？
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近两年增材制造仿真软件层出不穷，软件巨头ANSYS更是在去年收购了业内的佼佼者3DSIM，并在今年全面推出了相关产品。无奈增材制造尤其是金属打印实在是一个非常复杂的过程，也无法责怪国家队一直搞不出来。可是在3D打印看似风生水起实则磨磨唧唧的今天，模拟仿真对于一线的研发人员、工程师到底有没有实际用处？本期以SLM为例谈一些常见的问题，仅做参考。
零件摆放与支撑设计的需要
摆弄过设备的人肯定遇到过打印过程中由于应力过大以及支撑不足等而导致的零件翘曲、脱层以及变形而打印失败的现象；零件摆放时也需要考虑怎样摆放支撑更少、打印更稳定；支撑设计时还需考虑哪些位置需要更强的支撑，哪些地方需要做补偿。搞来搞去可能真就打印失败然后重来，时间、效率、成本非常让人抓狂。这时候你会很希望自己有预测能力。
优化支撑结构
优化零件摆放角度
残余应力分析
仿真软件号称可以计算最终零件的变形并减少甚至避免变形、尽量减少残余应力、优化零件摆放方向并可以优化支撑结构。听起来确实很吸引人，如果真如介绍所说，便可以在设计之初有针对性的进行风险规避。
材料调试的需要
工程师在拿到一种新的材料之后需要进行工艺调试，简单来说就是要找到合适的工艺参数组合来达到材料性能的完美展现。虽然话说起来简单，但调试过程却是一个费时、费力的过程，需要设置各种各样的参数组合，然后进行材料的打印测试，这是一个“漫长”的寻找规律的过程。
预测熔池尺寸和致密度
有意思的是，现在的打印机品牌几乎只认自己的材料工艺，A品牌机的工艺参数在B品牌机上使用是做不出相同的零件的。而基于云的仿真程序允许工程师在实际打印之前虚拟实验并优化零件参数，通过计算机仿真，用户可以得出特定材料和相关设备的最佳工艺参数。这一点笔者确实存在不少质疑，有试过的工程师朋友可以留言。
机理分析
对热源、熔池、微结构等的仿真一直是科研人员努力的方向，这涉及到激光与材料的作用机理以及成型后的组织结构特征等内容，目的还是在于搞清楚作用过程以得到更加优异的性能。
熔池仿真
这两年相继爆出的美国科学家研究出比传统钢强三倍的316L不锈钢以及新加坡科学家用SLM方法增强金属3D打印部件的延展性和韧性，都是从微观尺度上进行材料分析并进行工艺设计，性能的实现需要对激光与材料的作用机理、熔池凝固行为等进行深入研究，采用仿真手段有利于研究人员认识熔池温度场、凝固速率、温度梯度以及熔池形态变化。
结构优化
结构优化可以突出增材制造的优势，结构仿真一方面是进行拓补优化以打印出更加轻质、强度更高的结构，另一方面是检测现有设计在打印过程中是否容易出现变形而进行反向设计，以变形来对抗变形。
最后
写到这里，可以知道增材制造仿真软件还是非常有用，但模拟仿真往往非常耗时，进行一个运算的时间可能已经完成了一次打印测试，而且模拟仿真往往限定了很多因素，无法实现对真实、实际打印过程的完全展现。
据笔者了解国内某大型金属打印机厂家几乎没曾用过仿真软件来指导生产、工艺开发以及材料研究，此时工程师的经验就很重要。而在国外，大型制造商借助仿真实现制造的例子却有很多。不过相信未来，国内采用增材制造模拟仿真来指导生产，将会得到越来越多的应用。
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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：基于增材制造的模拟仿真到底接不接地气？